Mitotic chromatin and implications in erythroid transcriptional regulation

有丝分裂染色质及其对红细胞转录调控的影响

基本信息

  • 批准号:
    9047724
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 4.8万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-02-01 至 2017-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

 DESCRIPTION (provided by applicant): Progression through mitosis presents a challenge to the maintenance of cellular transcriptional programs by forcing the eviction of RNA Polymerase II and of most transcriptional regulators from chromatin. Recent work has identified a number of transcription factors and histone post-translational modifications that remain associated with mitotic chromatin and may thus provide cells with a "bookmark" of their transcriptional programs and cellular identity. Here we will combine focused mechanistic experimentation with global analyses to study principles of mitotic bookmarking. We found that the essential erythroid transcription factor GATA1 is stably retained at a subset of its interphase binding sites during mitosis. Mitotic chromatin binding by GATA1 is necessary for the timely reactivation of select erythroid lineage specific genes following mitosis. In Aim 1 we will determine the mechanism and function of GATA1 binding to a subset of its interphase binding sites during mitosis. Computational analysis failed to provide clues as to what separates interphase only sites (I-sites) from sites at which GATA1 is retained (IM-sites). However, preliminary data indicate that I- and IM-binding characteristics are recapitulated when genomic GATA1 binding elements are ectopically inserted into the erythroid genome. This indicates that local sequence context determines I vs IM binding and provides a convenient assay to analyze the specificity of these elements. We will define the minimal sequence context necessary and sufficient for GATA1 retention on mitotic chromatin through truncations and point mutations. We will use genome editing to directly test in both gain- and loss-of-function studies the role of endogenous I- and IM-sites on gene reactivation following mitosis. Following the identification of cis-element(s) required for GATA1 IM characteristics, we will identify and functionally study the relevant trans acting factor(s) in GATA1 mediated bookmarking in erythroid cells. In Aim 2 in collaboration with the lab of Dr. Ben Garcia we will examine the dynamics of histone modifications on a global scale by quantitative mass spectrometry using highly purified mitotic erythroid cell populations. This will be the first characterization of global histone mark levels during mitosis. Select dynami and stable marks, as well as the enzymes placing them, will be studied by genome wide location analysis. We will then examine the impact of proteins that bind IM-site enriched histone marks in promoting GATA1 mitotic chromatin occupancy and in gene reactivation. These studies are expected to provide a better understanding of chromatin based and transcription factor based mechanisms of mitotic bookmarking in erythroid cells and might have implications for understanding the transcriptional stability as well as plasticity associated with cellular differentiation and lineage stability.
 描述(由申请人提供):有丝分裂的进展通过迫使RNA聚合酶II和大多数转录调节因子从染色质中被驱逐而对细胞转录程序的维持提出了挑战。最近的工作已经鉴定了许多转录因子和组蛋白翻译后。与有丝分裂染色质相关的修饰,因此可能为细胞提供转录程序和细胞身份的“书签”。在这里,我们将重点机制实验与全局分析结合起来。我们发现,在有丝分裂过程中,必需的红系转录保留因子 GATA1 稳定地位于其间期结合位点的一个子集上。目标 1 我们将确定 GATA1 在有丝分裂过程中与其间期结合位点子集结合的机制和功能,但计算分析未能提供相关线索。是什么将仅间期位点(I 位点)与保留 GATA1 的位点(IM 位点)区分开来。然而,初步数据表明,当基因组 GATA1 结合元件异位插入红细胞基因组时,会重现 I 和 IM 结合特征。这表明局部序列背景决定了 I 与 IM 结合,并提供了一种方便的分析方法来分析这些元件的特异性。我们将定义 GATA1 在有丝分裂染色质上保留所必需和充分的最小序列背景。通过截断和点突变,我们将在功能获得和功能丧失研究中直接测试顺式元件识别后内源性 I 和 IM 位点对有丝分裂后基因重新激活的作用。 ),我们将与 Ben Garcia 博士的实验室合作,在 Aim 2 中识别并功能性研究红细胞中 GATA1 介导的书签中的相关反式作用因子。我们将使用高度纯化的有丝分裂红细胞群通过定量质谱法检查全局范围内的组蛋白修饰动态,这将是有丝分裂过程中全局组蛋白标记水平的首次表征。然后,我们将通过全基因组定位分析来研究它们,然后检查结合 IM 位点富集组蛋白标记的蛋白质对促进 GATA1 有丝分裂染色质占据和基因的影响。这些研究有望更好地理解红系细胞中基于染色质和转录因子的有丝分裂书签机制,并可能对理解转录稳定性以及与细胞分化和谱系稳定性相关的可塑性产生影响。

项目成果

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